一、背景與意義
截止到2022年四川公路總裏程40.5萬㎞,其中二級以上公路3.2萬㎞,國省幹道公路3.9萬㎞,高速公路裏程9179㎞。瀝青路麵是公路的主要路麵類型,一般設計使用年限12年,高速公路15年。但是在使用壽命中,隨著瀝青自然老化、交通量不斷增長,瀝青路麵結構、性能會出現不同程度的衰減和損壞,結構性損壞如裂縫、車轍、坑槽等,性能指標衰減如平整度、抗滑係數衰減不滿足規範要求。從近年養護經驗看,4~6年進入病害高發期,需要局部挖補,一般8年~10年左右進入大規模維修期,如中修罩麵甚至大修。如果平均按10年維修周期計算,僅國省幹道有3900㎞、高速公路900多km需要中修。目前對瀝青路麵的養護維修方式多采用銑刨舊路麵鋪設新瀝青路麵(銑刨加鋪)的方式,其他新工藝如瀝青再生尤其是瀝青就地熱再生(原位再生路麵)僅僅是少量試驗路段試用,還未得到規模化應用。
按國省幹道瀝青路麵維修每公裏1000噸、高速公路每公裏2000噸料計算,僅四川每年需要600萬噸瀝青混合料用於路麵維修,同時產生600萬噸廢料。傳統銑刨加鋪方式不僅浪費資源,對於砂石材料緊缺或開采困難的地區,養護經費不夠也是很重要的壓力,而且砂石材料開采、加工、運輸對環境、用地保護造成較大壓力。因此,瀝青路麵養護工藝急需得到改變,探索和推廣應用一種高效、環保、耐久的瀝青路麵養護維修工藝在中央高質量發展政策要求下顯得尤為重要。
瀝青路麵就地熱再生工藝從2002年有國外引進,僅在江蘇省已經累計完成1400車道公裏,並在2017年列入全麵推廣類養護技術。四川省在2004年由四川成渝高速公路股份有限公司引進,到2007年在成渝高速公路成功應用完成340車道公裏再生加鋪型的路麵養護。在2019年,成渝公司又探索研究改進原就地熱再生複拌再生工藝,分別對成渝高速10km已經使用12年、成雅高速16km已經使用9年的路麵,直接對原路麵上麵層就地熱再生後作為路麵磨耗層,不再加鋪新路麵的新工藝。至今已經使用4.5年,路麵無病害,基層技術人員對比同期施工的銑刨加鋪路麵路況情況,就地熱再生段占明顯優勢,據他們分析,後麵幾年優勢會更明顯。因此,具有快速安全、資源節約、成本節約、質量耐久、環境友好等優勢的,在瀝青路麵養護上值得大力推廣應用。
二、改進型瀝青路麵就地熱再生工藝的特點與優勢
就地熱再生技術是通過加熱軟化舊瀝青路麵,後經銑刨機耙鬆按配比要求添加再生劑和新骨料,經過攪拌、攤鋪、壓實等工藝,消除路麵的病害,恢複瀝青路麵的使用性能。這種技術能夠最大限度地利用舊路麵材料,減少新材料的消耗,降低廢棄物的產生,同時,施工過程中無需大量開挖和運輸,減少了對交通和環境的影響。
改進型就地熱再生技術是在原就地熱再生工藝基礎上,改進了原設備和施工工藝的加熱保溫性能,運用智能溫度控製係統提高工藝熱能利用效率,有效保證再生混合料的拌和溫度、攤鋪溫度,大大提高了再生質量穩定性和均勻性,彌補了原有工藝溫度不穩定不均勻導致路麵質量不穩定,從而提高了再生路麵的耐久性。
改進後的就地熱再生工藝同銑刨加鋪路麵相比有如下諸多優點:
1. 施工更快捷更安全,比銑刨加鋪減少50%占道維修養護時間。以完成12.5車道公裏計50000平方米工程量為例,采用改進型就地熱再生工藝僅需10天左右就可完成,而采用銑刨加鋪傳統工藝則至少需要23天左右。因此,該技術可以在不中斷交通的情況下進行施工,可以大大提高施工效率,縮短工期,減少對交通的幹擾。
2. 資源節約:
①占地減少:4cm厚50000m2路麵5000噸約2500m3,銑刨加鋪工藝需占地1000m2堆放,而就地熱再生工藝就地原位利用舊路麵瀝青混合料,不需要另占土地堆放,僅此一項四川省每年可減少占地1800畝。可減少砂石材料資源480萬噸開采加工占地約1500畝。
青、新瀝青混合料和再生劑等材料,因此材料成本相對較低。而瀝青路麵銑刨加鋪工藝需要生產新的瀝青混合料,並進行運輸和鋪設,其材料成本相對較高。
②砂石資源節約:就地熱再生工藝僅需少量新料加入改善級配,可減少80%砂石材料。四川全年近國省幹道及高速公路路麵養護就可節約砂石資源480萬噸,對於四川路麵砂石材料尤其是玄武岩礦石本就缺乏的情況下,節約資源更具重要意義。
③ 瀝青、柴油等化石資源節約:四川每年600萬噸瀝青混合料可節約重交70#瀝青36萬噸,混合料運輸柴油6000噸。
④養護成本節約:銑刨加鋪4cm瀝青麵層平均直接成本需要75元/m2左右,就地熱再生工藝直接成本約60元/m2 ,節約20%。由於熱再生不需要對原路麵中麵層的裂縫封閉等病害處理,實際節約會更多,四川省每年可節約養護直接成本至少8.5億元,加上間接成本可達10億以上。
隨著改進型就地熱再生工藝推廣應用,設備攤銷、能耗以及功效會進一步優化,施工周期可以進一步縮短,進一步降低工程成本。相比之下,銑刨加鋪路麵需要消耗大量的砂石材料隨著資源枯竭會進一步增加成本。
3. 質量更耐久
從江蘇公路養護技術公司從2005年大規模應用就地熱再生工藝後總結認為,目前留存尚在運營的路段主要集中在2009~2015年施工的寧靖鹽、寧宿徐以及宿淮鹽等高速公路約300公裏,對一線技術人員問卷調查滿意基本滿意達88%,最長使用壽命達14年,最短2~3年,2009年改進工藝後普遍使用已達10年以上。原有就地熱再生工藝在材料混合均勻性、加熱溫度控製靠工人經驗判斷、手動操作,加熱溫度忽悠高忽低,或者材料混合不均勻,影響再生路麵的質量。
2019年,四川鈦森道路養護技術公司在江蘇經驗基礎上提高了工藝智能化管控水平,在成渝高速和成雅高速的路麵養護中已經使用4.5年無病害,表明改進型就地熱再生工藝解決了上述質量不穩定的問題,尤其是成雅高速是在氣溫低至10℃時施工,依然能保證質量穩定可靠,從一線技術人員的判斷看,預估使用壽命可達8年,從江蘇經驗看10年以上,比同期施工的銑刨加鋪路麵病害少很多,有可能使用壽命達到甚至超過銑刨加鋪路麵。
究其原因,改進再生工藝解決了銑刨加鋪存在的固有缺陷:
①路麵層間的連接問題
改進再生工藝可充分實現再生層與原有中麵層兩個麵層的有效熱銜接,形成牢固整體提高二倍抗剪能力。
②橫、縱縫熱接更緊密,封水效果更好,提高路麵抗水損害能力。
③熱再生在加熱過程中也對原中麵層混合料加熱,壓路機連同中麵層一起碾壓,從而閉合了原有路麵的反射裂縫。所以在3~5年使用後比較,就地熱再生路麵解決了銑刨加鋪路麵的反射裂縫問題,從而避免了早期水損害和瀝青過早老化。
④在質量控製方麵,銑刨加鋪比改進型再生質量控製存在溫度離析、冷接縫、反射裂縫在現階段無法解決的難題,尤其是路麵養護分散,質量控製難度更大。
4. 環境友好:就地熱再生100%利用舊路麵材料,資源節約,無需運輸廢棄料和準備廢棄料堆放場地,可有效降低環境汙染如噪聲汙染與揚塵汙染。
能源消耗與碳排放大幅降低:經研究測算,1噸瀝青混合料,就地熱再生工藝需要2.8kg標準煤及4.65kg CO2排放量,而銑刨加鋪工藝需要9.6kg及18.73kg CO2排放量,能源消耗和分別降低71%和75%。四川省每年僅公路路麵養護將降低能耗4萬噸標準煤和降低碳排放8.45萬噸。
因此,從環保角度來看,改進型就地熱再生工藝相比瀝青路麵銑刨加鋪工藝具有更低的能源消耗、碳排放和環境汙染,同時不產生建築垃圾,更好地實現了資源的循環利用。
三、大規模應用的建議
綜上所述,瀝青路麵就地熱再生技術相比銑刨加鋪技術具有顯著的環保性、經濟效益、路麵質量、施工效率和交通幹擾小的優勢。因此,在高等級公路和城市道路大中修等工程中,該技術具有良好的經濟價值、社會價值和生態環保價值。特別是國省幹道、高速公路的養護和加寬改造中使用效果更為明顯。
瀝青路麵就地熱再生技術作為一種新型的路麵養護維修方式,雖然在四川已經應用20年,改進型就就地熱再生工藝已經成功應用4年多,但業內受傳統習慣和對原有工藝技術的質量缺陷擔心,目前推廣還存在一定困難。
在此建議省級層麵組織相關部門調查研究後將該技術納入全麵推廣應用類養護技術,並加強技術研發與創新、製定統一的技術標準與規範、加強人員培訓與技術推廣、完善政策支持與激勵機製,以及加強產學研合作與交流等措施,在大規模應用中推動核心技術、設備的快速提升和迭代,為我國道路建設、養護發展提供更加高效、更環保的解決方案。作者:曾令君,四川鈦森道路養護有限責任公司
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